Electron redistribution and proton transfer induced by atomically fully exposed Cu-O-Fe clusters coupled with single-atom sites for efficient oxygen electrocatalysis

材料科学 电催化剂 再分配(选举) 氧气 电子转移 质子 Atom(片上系统) 氧原子 电子 化学物理 原子物理学 光化学 物理化学 电极 分子 化学 电化学 物理 有机化学 嵌入式系统 政治 量子力学 法学 计算机科学 政治学
作者
Enze Zhu,Tianle Zheng,Jie Yu,Chaoyang Shi,Linxiang Zhou,Haodong Jin,Jirong Yang,Guangtao Luo,Danyang Wei,Xikun Yang,Mingli Xu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:69: 103410-103410 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103410
摘要

Single-atom catalysts have garnered significant attention by showing sparkling performance in the oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) on the air cathode side of energy devices such as metal-air batteries and fuel cells. This work presents a novel catalyst, AC-CuFe-NC, that incorporates Fe-doped CuO atomic clusters (CuOFe) synergistically with single-atom sites. The AC-CuFe-NC demonstrates outstanding ORR performance (half-wave potential of 0.92 V) and an oxygen overpotential gap between ORR and OER as low as 0.61 V, which is among the top reported performances. Combined with in situ ATR-SEIRAS and DFT calculations, it is shown that the synergistic CuOFe atomic clusters are effective in inducing the electronic structure redistribution of the Fe single-atom site, modulating oxygen adsorption energy, and lowering ORR barriers. More importantly, it is revealed that the synergistic adsorption of clusters and single-atom sites establishes hydrogen bonds between the oxygenated intermediates and the electrolyte H2O molecules. The constructed hydrogen bond can provide a pathway for efficient proton transport as supported by kinetic isotope experiments, leading to a substantial enhancement in reaction kinetics. Additionally, the oxygenated intermediates are stabilized, and the Fe-O bond is elongated during the final step of ORR, thereby facilitating the desorption of OH*. The excellent bifunctional electrocatalytic performance of AC-CuFe-NC enable it to show promising application in rechargeable Zn-air batteries. The innovative catalyst structure and synergistic mechanism demonstrated in this study shed light on the development of high-performance catalysts in energy devices.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
111完成签到 ,获得积分10
1秒前
今后应助xue采纳,获得10
1秒前
MiLi发布了新的文献求助10
2秒前
apeng完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
乐乐乐乐乐乐应助蒲云海采纳,获得10
3秒前
4秒前
Lucas应助左边向北采纳,获得10
4秒前
九儿完成签到 ,获得积分10
4秒前
Darren发布了新的文献求助10
4秒前
Drli完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
kongo完成签到,获得积分10
5秒前
厄页石页完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
orixero应助冰柠檬采纳,获得10
6秒前
丹阳阳完成签到,获得积分10
6秒前
Polong发布了新的文献求助10
7秒前
舒服的灵安完成签到 ,获得积分10
7秒前
陌上之心完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
威武的涵梅完成签到,获得积分10
8秒前
xue完成签到,获得积分20
8秒前
善学以致用应助宋思宇采纳,获得10
8秒前
哈哈哈完成签到,获得积分10
9秒前
MiLi完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
su发布了新的文献求助10
9秒前
zhengtingjin完成签到,获得积分10
9秒前
SciGPT应助llllllll采纳,获得10
9秒前
矛头蝮应助WestHoter采纳,获得10
10秒前
王玉丽完成签到,获得积分10
10秒前
Chiara完成签到,获得积分10
10秒前
嘻嘻哈哈完成签到,获得积分10
11秒前
罗是一发布了新的文献求助10
11秒前
12秒前
12秒前
桃花嫣然发布了新的文献求助20
12秒前
zhengtingjin发布了新的文献求助10
12秒前
娃娃兵完成签到,获得积分10
12秒前
高分求助中
(禁止应助)【重要!!请各位详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
International Code of Nomenclature for algae, fungi, and plants (Madrid Code) (Regnum Vegetabile) 1500
Stereoelectronic Effects 1000
Robot-supported joining of reinforcement textiles with one-sided sewing heads 820
Logical form: From GB to Minimalism 500
The Geometry of the Moiré Effect in One, Two, and Three Dimensions 500
含极性四面体硫代硫酸基团的非线性光学晶体的探索 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4185374
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3721253
关于积分的说明 11725543
捐赠科研通 3399456
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1865229
邀请新用户注册赠送积分活动 922619
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 834094